原创《机械能守恒定律验证实验教学》：该文是关于机械能守恒定律论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
高中物理中有很多关于机械能守恒定律的不同形式的验证实验,本文主要对三种验证方法进行探究,一种是对钢球穿过光电门时的瞬时速度进行测量来验证,一种是利用打点计时器进行的验证实验,第三种是验证有弹力和重力参和做功的机械能守恒.
一、通过光电门测速验证机械能守恒定律
光电门在钢球测速中的工作过程主要是其上的计时器在光束被切断时开始进行计时,再次接收时停止计时.原来的实验过程是将装有计时器的光电门固定在铁架台上,操作计时器,并使用大小适中的小钢球,用游标卡尺测量钢球的直径d,将其调整到能够顺利通过光电门的位置,并用细线固定,测出钢球和光电门之间的距离h.然后进行调零,并剪断细线让钢球做自由落体运动,将钢球穿过光电门时的遮光时间t记下,其中钢球在t时间内走过的位移为d.因为位移d很小,可近似认为钢球的瞬时速度为v等于d/t.但这种处理方法得到的瞬时速度存在较大的误差,有时无法验证能量守恒定律,因此,需要进一步完善.理论上讲,若光电门的光束足够细时,钢球在遮光时间通过的位移和钢球的直径d近似相等.但因实际实验中使用的光电门发出的光束宽度较大,钢球在遮光时间内通过的位移就不等于钢球的直径了.因此,在确定位移时[TP9GW25.TIF,Y#]应当考虑到钢球的直径d和光束的有效宽度b这两个因素,确定b的方法如图1可以让钢球以较慢的速度通过光电门,当钢球到达位置1时,开始计时,同时在发光小孔上将a点标记出来,使其位置和钢球的最低点在同一个水平面上,当钢球到达位置2时停止计时,并将b点标记出来,使其位置和钢球的最高点在同一水平面上,则从a点到b点的宽度就是光束的有效宽度b,因此,上述钢球的瞬时速度是v等于[SX（]d-b[]t[SX）],钢球下落动能的增加量为[SX（]1[]2[SX）]m（[SX（]d-b[]t[SX）]）2,通过多次的测量比较,改进后的实验中得到的钢球下落时的重力势能的减少量会比钢球的动能增加量略大,这一结论说明完善后的数据处理要比之前的数据更加准确,通过这种实验方式得出正确的结论.做这个实验时,还应注意若钢球从相同的高度的不同位置下落,其避光时间也不一样,因为钢球在下落过程中可能是钢球直径所在的切面切断光线或者某个弦所在的切面切断光线,这时钢球的遮光时间不同,钢球在遮光时间里产生的位移也不同.因此,应在实验前将钢球的位置调整好,让光束能够垂直照射在系钢球的细线上,当其在细线上的光束宽度最大时,就能够确定钢球下落时通过光电门的是钢球直径所在的切面,从而可以测得更为精确的实验数据.
二、利用打点计时器进行的验证实验
实验中是让处于静止状态的重物做自由落体运动,通过打点计时器在纸带上打出的点来测定重物下落的高度h以及纸带上点的瞬时速度v,并通过相关知识进行机械能守恒定律的验证.实验中选择纸带测量时,应当选择点迹清晰的纸带.实验中[HJ1.35mm]还应注意要先接通打点计时器再释放纸带,因为若释放纸带时的时间迟缓会导致打出的第一点和第二点间的距离过近甚至出现重合,会对数据处理产生不利影响,最后会得出[SX（]1[]2[SX）]mv2和mgh的数值不在误差允许的范围内,导致实验失败.因此,需要对原有的实验过程进行改进,避免这种误差,如图2所示,可以在打过点的纸带上选取一部分并在其易于测量的部分选择距离合适的两点m、n,并用直尺测出sm、sn以及h的值,然后通过公式计算出m、n的瞬时速度,这种方式能够减少因纸带前段点的不清晰而导致的误差,若得出的值在误差的允许范围内就表示实验成功.
三、验证有弹力和重力共同参和做功的物理系统机械能守恒的实验
[TP9GW27.TIF,Y#]
物理中物体做功的形式有多种,因此可以通过多种实验方法来验证机械能守恒定律.按照图3所示的装置将质量可以忽略不计的橡皮筋按照图中所示进行两端的固定；并让重物垂直上升到铁架台上,将橡皮筋固定在合适的位置,放手让重物自由下落,然后对重物的状态进行观察,看其是否能够回到下落前的原始位置.若重物下落后能够因橡皮筋的弹力而上升到下落时的原始位置的高度,结合自由落体运动的相关知识可以知道重物下落后受橡皮筋弹力作用上升到橡皮筋恰好恢复原长的瞬时速度和重物在橡皮筋开始绷紧时的瞬时速度相等,并且两个状态下的机械能也相等.因此,这一过程中机械能守恒,即弹力和重力参和做功时的机械能守恒.实验过程中首先是重物从静止状态开始下落到橡皮筋发生拉伸前,重力势能转化为动能,橡皮筋开始拉伸并拉伸到最大限度的过程重力势能及动能转化为弹性势能,从极限位置恢复到橡皮筋的原始长度的过程中,弹性势能转化为动能和重力势能,从橡皮筋的原长位置到回到重物的初始位置,动能转化为重力势能,这几个过程机械能守恒.从并且在这个实验中,重物在竖直下落后,由于橡皮筋的反弹作用而向上竖直运动,这种方法能够有效避免重物到达最大的高度时出现水平方向的动能.并且这个实验能够避免重物和其他物体产生碰撞,能够有效减少系统内的能量损失.并且这个实验的操作很简单.虽然物体要克服空气阻力做功,会损耗一些机械能,使得重物上升的最大高度可能会略低于原始位置的高度,但误差不会很大.
总之,高中机械能守恒定律的验证实验有很多,教师进行教学时不仅要按照教材中的实验进行验证,还应进行合理的完善和发展,来引导学生进行多角度的探究,加深学生对机械能守恒定律的理解.
机械能守恒定律论文参考资料：
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